Beginnen Sie die Auswahl eines Stellantriebs nicht mit der Frage, ob ein pneumatischer oder ein elektrischer Antrieb besser geeignet ist. Diese Frage stellt sich erst ganz am Ende. Bevor überhaupt eine Marke oder ein Modell zur Sprache kommt, müssen drei Dinge geklärt sein:
- Das Losbrechmoment, das das Ventil unter seinen ungünstigsten Betriebsbedingungen benötigt
- In welchen Zustand das Ventil wechseln muss, wenn Luft oder Strom ausfällt: Fail-Open, Fail-Close oder ein kontrollierter, bekannter Zustand
- Was der Standort tatsächlich bereitstellen kann: Luftdruck, Spannung und Steuersignale
Solange nicht alle drei Punkte bestätigt sind, kann kein Stellantrieb zuverlässig ausgewählt werden. Ein Stellantrieb, der zwar zur Rohrgröße, aber nicht zum Drehmoment passt, bleibt bei einem klemmenden Ventilsitz stehen. Ein Stellantrieb mit falschem Ausfallverhalten kann dazu führen, dass eine Leitung während eines Stromausfalls offen bleibt. Dieser Leitfaden führt Sie der Reihe nach durch die einzelnen Entscheidungsschritte und schließt mit einer Checkliste der Details, die ein Anbieter zur Bestätigung der Kompatibilität benötigen muss.
Das Drehmoment hängt nicht nur von der Ventilgröße ab
Zwei Ventile derselben Größe können ein sehr unterschiedliches Drehmoment erfordern. Die Größe ist nur ein Faktor. Das Drehmoment, das ein Vierteldrehungsventil benötigt, hängt ab von:
- Ventiltyp und -größe — Ein Kugelhahn, eine Absperrklappe und ein Kükenhahn mit derselben Nennweite belasten den Antrieb nicht in gleicher Weise.
- Sitzmaterial und Ventilaufbau — Weiche Sättel, Metallsättel und unterschiedliche Vorbauausführungen führen zu unterschiedlichen Reibungskräften.
- Differenzdruck — Ein höherer Druck über dem geschlossenen Ventil drückt die Kugel fester gegen den Sitz und erhöht das Drehmoment, das erforderlich ist, um sie zu lösen.
- Flüssigkeit und Temperatur — Viskose, verschmutzte oder zu Ablagerungen neigende Medien erhöhen das Drehmoment, und Temperaturänderungen beeinflussen das Sitzverhalten.
- Betriebsfrequenz — Ein Ventil, das monatelang geschlossen bleibt, erfordert mehr Kraft zum Öffnen als eines, das täglich betätigt wird.
Auch das Drehmoment lässt sich nicht mit einer einzigen Zahl ausdrücken. Losbrechmoment bewegt das Ventil aus der Sitzposition heraus, Betriebsdrehmoment hält die Bewegung bis zur Mitte des Hubs aufrecht, und Eindrehmoment drückt ihn am Ende des Hubs wieder in den Sitz zurück. Der Ausreißwert ist in der Regel der höchste der drei Werte, weshalb er als Maßstab für die Dimensionierung des Stellantriebs dient.
Verwenden Sie die vom Ventilhersteller für das jeweilige Ventil veröffentlichten Drehmomentdaten, die unter Berücksichtigung Ihres tatsächlichen Drucks, Mediums und Ihrer Temperatur ermittelt wurden. Dieser Leitfaden enthält bewusst keine pauschalen Drehmomentwerte und keinen universellen Sicherheitsfaktor, da die richtige Sicherheitsmarge vom Ventil, dem Sitz und dem Einsatzzweck abhängt. Falls der Ventilhersteller keine Drehmomentdaten für Ihre Betriebsbedingungen bereitstellen kann, muss diese Lücke vor der Auswahl geschlossen werden und darf nicht mit einem angenommenen Wert überbrückt werden.
Legen Sie die Ausfallposition fest, bevor Sie den Stellantrieb auswählen
Die Ausfallstellung ist eine entscheidung zur Prozesssicherheit und keine Eigenschaft des Stellantriebs, die man nachträglich auswählt. Legen Sie zunächst fest, wie sich das Ventil verhalten soll, wenn die Druckluftversorgung oder die Stromversorgung ausfällt, und wählen Sie dann einen Stellantriebstyp aus, bei dem nachweislich dieses Verhalten gewährleistet ist.
| Antriebstyp | Verhalten bei Luft- oder Stromausfall | Was muss überprüft werden? |
|---|---|---|
| Pneumatisch doppeltwirkend (DA) | Es gibt keine Feder, die es in eine vordefinierte Position bringt. Seine Position nach einem Luftverlust lässt sich nicht vorhersagen. | Ob der Prozess eine undefinierte Position tatsächlich zulässt. Falls eine definierte Fehlerposition erforderlich ist, bietet DA allein diese nicht. |
| Pneumatische Federrückstellung (SR) | Die Feder drückt das Ventil in die Position, für die die Baugruppe ausgelegt ist – entweder „Fail-Open“ oder „Fail-Close“. | Die Wirkrichtung der Feder, die Drehrichtung des Ventils und die Art und Weise, wie der Antrieb tatsächlich am Ventil montiert ist. Eine korrekte Feder an einer falsch ausgerichteten Halterung versagt auf die falsche Weise. |
| Standard-Elektroantrieb | Normalerweise bleibt das Gerät bei einem Stromausfall in der aktuellen Position stehen. Das tatsächliche Verhalten hängt vom jeweiligen Modell ab; eine sichere Position kann nicht vorausgesetzt werden. | Das vom Hersteller angegebene Verhalten bei Leistungsverlust für genau dieses Modell und die Frage, ob ein Stopp während des Hubvorgangs für den Prozess akzeptabel ist. |
| Elektrischer Stellantrieb mit geprüfter Batterie- oder Energiespeicher-Ausfallsicherung | Bestimmte Modelle, sofern sie korrekt konfiguriert sind, bewegen das Ventil bei einem Stromausfall in eine vorgegebene Position. | Dass das jeweilige Modell und die jeweilige Konfiguration für diese Funktion ausgelegt sind, sowie die Umgebungsbedingungen, der Zustand der Batterie, die tatsächliche Drehmomentbelastung des Ventils und ein dokumentiertes Prüfverfahren bei der Inbetriebnahme. |
Das Muster in der dritten Spalte ist wichtiger als das in der zweiten. Jede Ausfallsicherheitsangabe hängt vom jeweiligen Modell, der Baugruppe und der Umgebung ab. Betrachten Sie die Ausfallposition als etwas, das bei der Inbetriebnahme nachgewiesen werden muss, und nicht als etwas, das im Katalog festgelegt ist.
Wählen Sie die Stromquelle und die Steuerungsmethode aus
Sobald Drehmoment und Ausfallposition feststehen, ergibt sich die Wahl der Energiequelle in der Regel von selbst, je nachdem, was vor Ort bereits vorhanden ist. An diesem Punkt lohnt es sich schließlich, die Frage nach dem Unterschied zwischen pneumatischem und elektrischem Antrieb zu stellen.
- Manueller Betrieb Geeignet für Ventile, die nur selten betätigt werden und für den Bediener zugänglich sind. Keine Versorgungsanschlüsse, keine Verkabelung, niedrigste Kosten.
- Pneumatische Antriebe Eignen sich für Standorte, an denen bereits saubere, stabile Druckluft zur Verfügung steht und eine Fernsteuerung zum Ein- und Ausschalten erforderlich ist.
- Elektrische Stellantriebe Anlagen ohne Luftversorgung, aber mit geeigneter Stromversorgung, an denen das Ventil ferngesteuert betätigt werden muss.
- Modulationsregelung (Drosselung) ist eine gesonderte Anforderung. Ein einfacher Ein-/Aus-Antrieb wird dadurch nicht zu einem Regelventil; für eine präzise Stellungsregelung ist ein bestimmter Stellungsregler oder ein speziell für diesen Zweck entwickelter modulierender Antrieb erforderlich, der für die jeweilige Anwendung zugelassen ist.
Auch Steuersignale spielen bei dieser Entscheidung eine Rolle: Was das Steuerungssystem sendet (Schließer, stromführendes Signal, analoger Befehl) und welche Rückmeldung es erwartet (Endschalterkontakte, Positionsgeber), schränkt die Auswahl der geeigneten Antriebe ein. Einen umfassenderen Vergleich der Unterschiede zwischen manuellem, pneumatischem und elektrischem Betrieb im Alltag finden Sie in unserer Übersicht über Manuelle, pneumatische und elektrische Betätigung von Kugelhähnen.
ISO 5211 erleichtert die Montage, gewährleistet jedoch keine vollständige Kompatibilität
ISO 5211 ist eine Norm für die Befestigungsschnittstelle zwischen Schwenkantrieben und Ventilen. Sie sorgt für einheitliche Anreißbilder und Antriebsanschlüsse, was die Kombination von Bauteilen verschiedener Hersteller vereinfacht. Sie garantiert jedoch nicht, dass jeder ISO 5211-Antrieb an jedes ISO 5211-Ventil angeschraubt werden kann und funktioniert.
Bevor Sie ein Ventil-Antriebs-Paar bestätigen, überprüfen Sie bitte folgende Punkte:
- Flanschmuster — Die jeweilige Flanschgröße nach ISO 5211 am Ventil und am Stellantrieb muss übereinstimmen.
- Abmessungen der Schaftkupplung — Höhe, Form und Abmessungen des Schafts müssen zur Antriebsaufnahme des Stellantriebs passen, entweder direkt oder mithilfe eines entsprechend bearbeiteten Adapters.
- Ausgangsdrehmoment des Stellantriebs — muss das erforderliche Drehmoment des Ventils über den gesamten Hub hinweg übersteigen, nicht nur an einer Stelle.
- Drehwinkel — Der Hub des Stellantriebs muss auf die Vierteldrehung des Ventils abgestimmt sein, einschließlich der Endlageneinstellung.
- Ausrichtung bei der Montage — Eine Fehlausrichtung zwischen Stellantrieb und Spindel führt zu seitlicher Belastung, schwergängigem Betrieb und vorzeitigem Verschleiß.
- Zubehör — Manuelle Übersteuerung, Endschalter, Magnetventile und Stellungsrückmeldung bringen jeweils ihre eigenen Kompatibilitätsanforderungen mit sich.
Ein gemeinsamer Standard verkürzt die Checkliste. Er ersetzt sie jedoch nicht.
Wo batteriegestützte elektrische Antriebe zum Einsatz kommen
Eine immer wiederkehrende Lücke in der obigen Tabelle: Eine Anlage benötigt eine gesicherte Funktion bei Stromausfall, verfügt jedoch nicht über Druckluft, sodass eine pneumatische Federrückstelleinheit nicht in Frage kommt. Genau für diese Situation ist ein elektrischer Stellantrieb mit Batterie-Notstromversorgung konzipiert.
Unser elektrischer Ventilantrieb mit ausfallsicherer Batterie-Notstromversorgung ist ein Ein-/Aus-Gerät, dessen integrierte Lithium-Batterie das Ventil bei Ausfall der Netzstromversorgung in die vorgesehene Sicherheitsposition zurückführt. Zu den veröffentlichten technischen Daten gehören ein breiter Eingangsspannungsbereich (110 V / 220 V / 380 V Wechselstrom einphasig oder 24 V / 48 V Gleichstrom), eine Öffnungs-/Schließrückmeldung über potentialfreie Kontakte, einen Luftfahrtsteckverbinder für die Verkabelung ohne Abnehmen der Abdeckung, einen Batterieschutz gegen Überladung, Tiefentladung und Übertemperatur sowie einen Betriebstemperaturbereich von 0 °C bis 45 °C.
Es gibt keine allgemeingültige Antwort. Es gelten dieselben Überprüfungsregeln aus der Tabelle für die Ausfallposition: Stellen Sie sicher, dass die Umgebungstemperatur innerhalb des angegebenen Bereichs des Geräts bleibt, dass der Zustand der Batterie durch eine Wartungsroutine abgedeckt ist, dass die Leistung des Stellantriebs der tatsächlichen Drehmomentbelastung Ihres Ventils entspricht und dass die Ausfallfunktion bei der Inbetriebnahme an der installierten Baugruppe getestet wird. Für Betriebsbedingungen außerhalb der angegebenen Spezifikationen sollte eine andere Konfiguration entwickelt werden, anstatt von Standardwerten auszugehen.
Checkliste für Angebotsanfragen: Was Sie für eine zuverlässige Vermittlung einreichen sollten
Ein Angebot für einen Aktuator ist nur so gut wie die Informationen, auf denen es basiert. Wenn Sie diese Angaben im Voraus übermitteln, kann der Lieferant die Kompatibilität bestätigen, anstatt nur zu raten:
- Ventiltyp, Größe und Hersteller
- Erforderliches Anfahr-, Betriebs- und Ruhedrehmoment, sofern verfügbar
- Medium, Betriebstemperatur und Differenzdruck
- Betriebshäufigkeit (Zyklen pro Tag, Woche oder Monat)
- Erforderliches Ausfallverhalten: „Fail-Open“, „Fail-Close“ oder keine definierte Ausfallposition
- Verfügbare Luftversorgung (Druck, Qualität) oder Stromversorgung (Spannung, Phase)
- Art des Steuersignals und Anforderungen an die Rückkopplung
- Umgebungsbedingungen: Temperaturbereich, Innen- oder Außenbereich, Nassreinigung, korrosive Atmosphäre
- Befestigungsschnittstelle und Abmessungen des Ventilstiels oder die Ventilzeichnung, aus der diese hervorgehen
- Etwaige manuelle Übersteuerungsmöglichkeiten, Endschalter oder Zertifizierungsanforderungen
Angaben, die Sie nicht liefern können, sollten Sie lieber kennzeichnen, anstatt sie einfach auszulassen. Ein fehlender Drehmomentwert führt beispielsweise dazu, dass das Gespräch nicht mehr um die Angebotserstellung geht, sondern zunächst um die Klärung der Daten mit dem Ventilhersteller – und diese Vorgehensweise verhindert, dass ein zu kleiner Stellantrieb jemals in Ihre Anlage gelangt.
Häufig gestellte Fragen
Welche Drehmomentdaten benötige ich, bevor ich einen Stellantrieb auswähle?
Sie benötigen das Losbrech-, Lauf- und Sitzdrehmoment für Ihr spezifisches Ventil unter Ihren tatsächlichen Betriebsbedingungen: Differenzdruck, Medium, Temperatur und Betriebsfrequenz. Diese Daten sollten vom Ventilhersteller stammen und nicht aus allgemeinen Tabellen, da sich das Drehmoment aufgrund des Sitzmaterials und der Ventilkonstruktion bei ansonsten ähnlichen Ventilen erheblich unterscheidet. Die Leistung des Stellantriebs muss das erforderliche Drehmoment über den gesamten Hub hinweg übersteigen, wobei eine dem Einsatzzweck angemessene Auslegungsreserve einzuhalten ist. Falls keine Drehmomentdaten für Ihre Betriebsbedingungen vorliegen, sollten Sie diese vor der Auswahl einholen, anstatt einen angenommenen Wert zu verwenden.
Fällt ein doppeltwirkender pneumatischer Antrieb in eine sichere Position zurück?
Nein. Ein doppeltwirkender Antrieb nutzt Luftdruck sowohl zum Öffnen als auch zum Schließen und verfügt über keine Feder. Bei Ausfall der Versorgungsluft treibt nichts das Ventil in eine vordefinierte Position, sodass seine Position nach einem Ausfall nicht vorausgesetzt werden kann. Wenn Ihr Prozess erfordert, dass das Ventil eine definierte „Fail-Open“- oder „Fail-Close“-Position erreicht, kann dies mit einem doppeltwirkenden Antrieb allein nicht gewährleistet werden. Verwenden Sie einen federrückstellenden Antrieb oder eine andere Anordnung, deren Verhalten im Ausfallfall für die jeweilige Baugruppe überprüft wurde.
Wann ist eine Federrückstellung die bessere Wahl?
Die Federrückstellung ist die bessere Wahl, wenn am Einsatzort saubere, zuverlässige Druckluft zur Verfügung steht und der Prozess bei einem Druckluftausfall eine definierte Position erfordert. Die Feder drückt das Ventil in die Position, für die die Baugruppe ausgelegt ist – entweder „Fail-Open“ oder „Fail-Close“. Bevor Sie sich darauf verlassen, überprüfen Sie die Wirkrichtung der Feder, die Drehrichtung des Ventils und die tatsächliche Einbaulage, da eine korrekt ausgelegte Feder, die an einer falsch ausgerichteten Baugruppe montiert ist, in die falsche Position ausfällt. Federrückstellgeräte benötigen zudem eine höhere Luftkapazität als doppeltwirkende Geräte mit ähnlicher Leistung.
Gewährleistet die Norm ISO 5211 die direkte Passgenauigkeit des Stellantriebs?
Nein. Die Norm ISO 5211 standardisiert die Befestigungsschnittstelle zwischen Schwenkantrieben und Ventilen, was die Kombination erleichtert, jedoch nicht jede Kombination kompatibel macht. Sie müssen weiterhin das jeweilige Flanschmuster auf beiden Seiten, die Abmessungen der Spindelkupplung, das Ausgangsdrehmoment des Stellantriebs im Vergleich zu den Anforderungen der Armatur, den Drehwinkel und die Ausrichtungslage bei der Montage überprüfen. Zubehör wie Handbetätigungen, Endschalter, Magnetventile und Stellungsrückmeldung stellen weitere Anforderungen. Betrachten Sie die Norm ISO 5211 als gemeinsames Schraubenmuster und nicht als Kompatibilitätsgarantie.
Kann ein elektrischer Stellantrieb bei Stromausfall eine ausfallsichere Funktion gewährleisten?
Nicht standardmäßig. Ein herkömmlicher elektrischer Stellantrieb bleibt bei Stromausfall in der Regel an der aktuellen Position stehen, wobei sein genaues Verhalten vom jeweiligen Modell abhängt, sodass keine sichere Position vorausgesetzt werden kann. Eine definierte Reaktion bei Stromausfall erfordert ein spezielles Modell mit einer batterie- oder energiespeicherbasierten Ausfallsicherungsfunktion, das für die jeweilige Anwendung verifiziert wurde. Diese Verifizierung umfasst die Umgebungsbedingungen, den Batteriezustand, die tatsächliche Drehmomentbelastung des eingebauten Ventils sowie eine Prüfung der Ausfallreaktion während der Inbetriebnahme an der tatsächlichen Anlage.